水文學(xué)第二章水文學(xué)的一般概念與水文測(cè)驗(yàn)

1、n內(nèi) 容：2.1 河流和流域2.2 河川徑流及其表示方法2.3 河川徑流形成過程及影響徑流的因素2.4 流域水量平衡 2.5 水文資料的觀測(cè)方法與收集2.6 水位與流量關(guān)系曲線n重 點(diǎn)：河川徑流的形成過程、影響因素、表示方法；平原河流的特征；水位與流量關(guān)系曲線繪制及延長(zhǎng)斷面特性法。n難 點(diǎn)： 徑流模數(shù)和徑流深度的概念和計(jì)算；斷面特性法延長(zhǎng)水位與流量關(guān)系曲線第二章 水文學(xué)的一般概念與水文測(cè)驗(yàn)2.1 河流和流域2.1.1 干流及支流(1) 干流干流 ( Mainstream ) 在水系中匯集全流域徑流的河流，例如：黃河、長(zhǎng)江。(2) 支流支流 ( Tributary ) 流入一較大河流或湖泊的河流

2、。 支流是分級(jí)的：一級(jí)支流(注入干流的支流)； 二級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)； 三級(jí)支流(注入一級(jí)支流的支流)； 四級(jí)支流 (注入一級(jí)支流的支流)(3) 河網(wǎng) ( Hydrographic Net ) 由河流的干流和各級(jí)支流，流域內(nèi)湖泊、沼澤或地下暗河形成構(gòu)成脈絡(luò)相通一個(gè)系統(tǒng)，稱為河系或水系。2.1.2 河長(zhǎng)及彎曲系數(shù)(1) 河長(zhǎng) ( River Length ) 1)定義 ：河流源頭至河口或測(cè)站斷面沿河槽中泓線或軸線 量取的距離。 中泓線? 深泓線? 中泓線：河道中各橫斷面水流最大流速點(diǎn)的連線。深泓線(溪線)：河道中各橫斷面最大水深點(diǎn)的連線。 2) 作用： 河流特性的基本參數(shù)，可確定落差、

3、比降和能量。(2)彎曲系數(shù) ( Tortuosity ) 1) 定義： 沿河流中泓線兩點(diǎn)間的實(shí)際長(zhǎng)度與其直線距離的 比值。 2) 特性： 任何河段都有它的彎曲系數(shù)；它可反映河流流經(jīng)地 的地質(zhì)地貌特征。L1L22.1.3 河槽基本特征(1) 河流的平面形態(tài) 1) 平原河流 特點(diǎn)： 在環(huán)流、泥沙的沖刷和淤積作用下，蜿蜒曲折形態(tài)，即深槽、淺槽沿水流方向交替出現(xiàn)，呈規(guī)律性。 專業(yè)術(shù)語：凹岸、凸岸、左岸、右岸、深槽、淺槽 2) 山區(qū)河流 大多為巖石河床，異常復(fù)雜，無規(guī)律可循。(2) 河流的縱斷面 1) 定義：河流從上游至下游沿深泓線所切取的河床和自由水面間的剖面。 2)作用： 繪制河流縱斷面圖 ，見右圖

4、。反映河 底縱坡和落差的分 布，可推算水流特 性、估計(jì)水能儲(chǔ)量。(3)(3)河流橫斷面：垂直于水流方向的斷面。分單式、復(fù)式兩河流橫斷面：垂直于水流方向的斷面。分單式、復(fù)式兩種）種）l （4 4）河流的比降）河流的比降l 河流長(zhǎng)度河流長(zhǎng)度從河源到河口的距離。從河源到河口的距離。l 河流比降河流比降單位長(zhǎng)度河段的落差。單位長(zhǎng)度河段的落差。lHlHHi/12i12,HHl 河底或水面比降。河底或水面比降。 河段上游端和下游端水面或河底的高程。河段上游端和下游端水面或河底的高程。 河段長(zhǎng)度。河段長(zhǎng)度。 H 水面或河底落差。水面或河底落差。 2.1.42.1.4河流的分段河流的分段河流河流匯集地面徑流和

5、地下徑流的水道匯集地面徑流和地下徑流的水道l 河水流經(jīng)的谷地稱為河谷。河水流經(jīng)的谷地稱為河谷。l 河谷底部有水流的部分為河床。河谷底部有水流的部分為河床。l 脈絡(luò)相通的大小河流所構(gòu)成的系統(tǒng)為水系（或河系）。脈絡(luò)相通的大小河流所構(gòu)成的系統(tǒng)為水系（或河系）。河源河源上游上游中游中游下游下游河口河口一般天然河流，按照河谷和河床的情況，沖淤程度，一般天然河流，按照河谷和河床的情況，沖淤程度，水情變化等特點(diǎn)，分為：水情變化等特點(diǎn)，分為：2.1.52.1.5流域分水線與流域流域分水線與流域l （1 1）分水線與流域）分水線與流域l 降水落到地面形成的徑流，被高地、山嶺分隔而匯集到降水落到地面形成的徑流，被

6、高地、山嶺分隔而匯集到不同的河流中，匯集水流的同一區(qū)域?yàn)槟澈恿鞯牧饔?。不同的河流中，匯集水流的同一區(qū)域?yàn)槟澈恿鞯牧饔颉８爬ㄕf就是河流的集水區(qū)域。概括說就是河流的集水區(qū)域。l 分隔水流的高地、山嶺的山脊線，就是相鄰流域的分界分隔水流的高地、山嶺的山脊線，就是相鄰流域的分界線，稱分水線（或分水嶺）線，稱分水線（或分水嶺）l 地面分水線和地下分水線相重合的流域?yàn)殚]合流域；地地面分水線和地下分水線相重合的流域?yàn)殚]合流域；地面與地下分水線不重合的流域叫做非閉合流域。面與地下分水線不重合的流域叫做非閉合流域。l 流域的分水線和出口斷面所包圍的面積，稱為流域面積，流域的分水線和出口斷面所包圍的面積，稱為流域

7、面積，或稱為集水面積（或稱為集水面積（kmkm2 2）2 2）（2 2）流域特征）流域特征幾何特征幾何特征自然地理特征自然地理特征2.22.2河川徑流及其表示方法河川徑流及其表示方法l （1 1）河川徑流）河川徑流l（2 2）表示方法）表示方法l流量（流量（Q Q）：）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過斷面的水體體積。單位時(shí)間內(nèi)流過斷面的水體體積。( (m m3 3/s)/s)l 徑流總量（徑流總量（W W）：）：某時(shí)段某時(shí)段T T內(nèi)流過斷面的總徑流體積。內(nèi)流過斷面的總徑流體積。( (m m3 3) )l 徑流深（徑流深（y y）：）：徑流總量平均分布在流域上的水深。徑流總量平均分布在流域上的水深。( (mm)

8、mm)TQW)(1000101036mmFTQFTQyl 徑流模數(shù)（徑流模數(shù)（M M）：）：?jiǎn)挝涣饔蛎娣e上所產(chǎn)生的流量。單位流域面積上所產(chǎn)生的流量。310FQMxyl 徑流系數(shù)（徑流系數(shù)（）：）：某時(shí)段降雨量某時(shí)段降雨量x x所形成徑流深所形成徑流深y y的比例數(shù)的比例數(shù)因?yàn)榻涤昕偸菚?huì)有損失，所以一般因?yàn)榻涤昕偸菚?huì)有損失，所以一般只能小于只能小于1 1。)/(2kmsLa a）徑流形成過程徑流形成過程產(chǎn)流過程產(chǎn)流過程降水過程降水過程流域蓄滲過程流域蓄滲過程匯流過程匯流過程坡面漫流過程坡面漫流過程河槽集流過程河槽集流過程2.3 河川徑流形成過程及影響因素b b）影響徑流的主要因素影響徑流的主要因

9、素氣象氣候因素氣象氣候因素降水降水蒸發(fā)蒸發(fā)下墊面因素下墊面因素地形地形土壤和地質(zhì)土壤和地質(zhì)植被和湖沼植被和湖沼流域形狀流域形狀和面積和面積人類活動(dòng)人類活動(dòng)農(nóng)業(yè)措施農(nóng)業(yè)措施林牧業(yè)措施林牧業(yè)措施水利措施水利措施2.4 流域水量平衡1. 通用水量平衡方程通用水量平衡方程 wIOIO W2. 河流流域水量平衡方程河流流域水量平衡方程（1）閉合流域（沒有流域來水）的水量平衡方）閉合流域（沒有流域來水）的水量平衡方程程某某 時(shí)時(shí) 段：段：P=E+R W多年平均：多年平均：P=R+E（2）不閉合流域（有外流域來水）的水量平衡方程）不閉合流域（有外流域來水）的水量平衡方程 某某 時(shí)時(shí) 段：段：P= RO -

10、-R I+E W3. 全球水量平衡方程全球水量平衡方程時(shí)時(shí) 段：段： Pl =El+R W大陸大陸多年平均：多年平均： Pl =El+R 時(shí)時(shí) 段：段： Ps =Es- -R W海洋海洋多年平均：多年平均： P s=Es- -R 343434343434107 .57109 .11108 .45107 .57102 . 7105 .50kmPkmPkmPkmEkmEkmElsls全球多年平均：全球多年平均： P=E2.5 水文資料的觀測(cè)方法與收集l 2.5.12.5.1水位觀測(cè)水位觀測(cè)l 水面相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的高程稱為水位。水面相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的高程稱為水位。水尺水尺自記水位計(jì)自記水位計(jì)觀測(cè)水

11、位設(shè)備觀測(cè)水位設(shè)備l 水位觀測(cè)資料的整理水位觀測(cè)資料的整理繪制日平均水位過程線與日平均水位歷時(shí)曲線日、月、年平均水位計(jì)算編制“逐日平均水位表”l 日平均水位法日平均水位法1 1）算術(shù)平均法）算術(shù)平均法2 2）面積包圍法）面積包圍法niiHnH11nHnmHcbHbaHHHnna12102421l 編制編制“逐日平均水位表逐日平均水位表”l 繪制日平均水位過程線與日平均水位歷時(shí)曲線繪制日平均水位過程線與日平均水位歷時(shí)曲線日平均水位過程線是以水位為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)繪出的日平均水位過程線是以水位為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)繪出的曲線，每年一條，是分析河流水情變化特點(diǎn)的重要資料。曲線，每年一條，是分析河

12、流水情變化特點(diǎn)的重要資料。日平均水位歷時(shí)區(qū)線是一個(gè)累積曲線，表示大于或等于某日平均水位歷時(shí)區(qū)線是一個(gè)累積曲線，表示大于或等于某一水位值一水位值1 1年中出現(xiàn)的天數(shù)，航運(yùn)工程設(shè)計(jì)時(shí)，很注重此特年中出現(xiàn)的天數(shù)，航運(yùn)工程設(shè)計(jì)時(shí)，很注重此特征值。征值。聲波自記水位計(jì)的記錄合遠(yuǎn)傳設(shè)備聲波自記水位計(jì)的記錄合遠(yuǎn)傳設(shè)備l 斷面測(cè)量斷面測(cè)量測(cè)量水位測(cè)量水位沿?cái)嗝鎸挾冗x若干個(gè)測(cè)點(diǎn)及測(cè)深垂線沿?cái)嗝鎸挾冗x若干個(gè)測(cè)點(diǎn)及測(cè)深垂線測(cè)量各垂線的水深測(cè)量各垂線的水深將水位減去水深得到河底高程將水位減去水深得到河底高程繪制河槽斷面圖繪制河槽斷面圖計(jì)算過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)算過水?dāng)嗝婷娣el 流速測(cè)量及流量計(jì)算流速測(cè)量及流量計(jì)算 斷面流速分

13、布斷面流速分布 水面以下水面以下0.20.2倍水深處流速最大，垂線平均倍水深處流速最大，垂線平均流速約在水面以下流速約在水面以下0.60.6倍水深處。倍水深處。HhV2 . 0maxHhmidV6 . 0 測(cè)流原理測(cè)流原理實(shí)際工作中用實(shí)測(cè)斷面面積和實(shí)測(cè)流速來推算實(shí)際工作中用實(shí)測(cè)斷面面積和實(shí)測(cè)流速來推算iniiAvQ1方法種類方法種類流速儀流速儀浮標(biāo)法浮標(biāo)法旋杯式旋杯式旋漿式旋漿式l 流速儀實(shí)測(cè)流速的方法流速儀實(shí)測(cè)流速的方法l 2.6 2.6 水位水位流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線2.6.12.6.1水位水位流量關(guān)系曲線的繪制流量關(guān)系曲線的繪制定義：用斷面的實(shí)測(cè)流量和相應(yīng)水位資料點(diǎn)繪的曲線，定義：用斷

14、面的實(shí)測(cè)流量和相應(yīng)水位資料點(diǎn)繪的曲線，稱為：水位稱為：水位流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線兩者關(guān)系兩者關(guān)系單一關(guān)系單一關(guān)系“穩(wěn)定良好穩(wěn)定良好”對(duì)應(yīng)兩個(gè)以上流量值對(duì)應(yīng)兩個(gè)以上流量值“不穩(wěn)定不穩(wěn)定”洪水漲落影響洪水漲落影響河床沖淤影響河床沖淤影響2、用途、用途3、分類、分類穩(wěn)定的水位流量關(guān)系一般發(fā)生在：穩(wěn)定的水位流量關(guān)系一般發(fā)生在：河床穩(wěn)定，河道坡度較大，河段順直的山區(qū)河流河床穩(wěn)定，河道坡度較大，河段順直的山區(qū)河流l 2.6.2 2.6.2 水位水位流量關(guān)系曲線的延長(zhǎng)流量關(guān)系曲線的延長(zhǎng) 水位水位流量關(guān)系曲線高水位延長(zhǎng)方法流量關(guān)系曲線高水位延長(zhǎng)方法水位面積流速水位面積流速關(guān)系延長(zhǎng)法關(guān)系延長(zhǎng)法水力學(xué)公式水力學(xué)

15、公式延長(zhǎng)法延長(zhǎng)法史蒂文森法史蒂文森法1 1）水位）水位面積流速關(guān)系延長(zhǎng)法面積流速關(guān)系延長(zhǎng)法 當(dāng)需要延長(zhǎng)的水位變幅小于總水位變幅的當(dāng)需要延長(zhǎng)的水位變幅小于總水位變幅的2020時(shí)，可時(shí)，可按曲線相關(guān)分析的趨勢(shì)外延。按曲線相關(guān)分析的趨勢(shì)外延。先根據(jù)本年實(shí)測(cè)大斷面，繪出H-A關(guān)系曲線延長(zhǎng)高水位的H-V曲線根據(jù)任一高水位值，由上述兩條的延長(zhǎng)部分查出相應(yīng)的A,V值，距Q=AV算出延長(zhǎng)的流量，就可將H-Q關(guān)系曲線延長(zhǎng)2 2）水力學(xué)公式延長(zhǎng)法）水力學(xué)公式延長(zhǎng)法與前區(qū)別是延長(zhǎng)與前區(qū)別是延長(zhǎng)H-vH-v曲線時(shí)，流速曲線時(shí)，流速v v時(shí)根據(jù)水力學(xué)公式計(jì)算的。時(shí)根據(jù)水力學(xué)公式計(jì)算的。RICv 6/11RnC 2/13/21IRnv ARInAvQ3/22/11n n 糙率糙率I I 水面比降水面比降R R 水力半徑水力半徑A A 高水延長(zhǎng)的斷面積高水延長(zhǎng)的斷面積 水位水位流量關(guān)